最後更新:2026年10月8日清洗晶圓清洗中國大陸:自然氧化层

原生氧化層(Native Oxide)是什麼

Native Oxide

原生氧化層是矽表面接觸大氣中的氧與水分而自然成長、厚度約1~2nm的 SiO₂。由於膜質不均勻且會夾帶金屬或有機物,在閘極形成前、磊晶成長前、接觸窗形成前,必須以 DHF 清洗等方式去除。去除後的氫終端表面在數十分鐘至數小時內也會再度氧化,因此製程間的 Q-time 管理與 N₂ 吹淨不可或缺。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

原生氧化層是矽表面接觸大氣中的氧與水分而自然成長、厚度約1~2nm的薄 SiO₂ 膜。由於並非刻意形成的膜,膜質不均勻,且常夾帶金屬或有機物,若直接進入下一製程,會損害界面的電氣特性與薄膜的附著性。

會造成問題的是需要潔淨矽界面的製程。在閘極絕緣膜形成前、磊晶成長前、接觸窗中金屬矽化物形成前、與金屬導線的連接部位等,若殘留原生氧化層,會導致接觸電阻上升、介面能態增加、磊晶層的晶體缺陷。因此在這些製程之前必定會安排去除步驟(預清洗)。

去除標準上使用 DHF 清洗(稀氫氟酸)。HF 會選擇性地溶解 SiO₂,處理後的矽表面成為以 Si-H 鍵終端的疏水性狀態。此氫終端具有暫時延緩再氧化的效果,但一旦暴露於大氣中,數十分鐘至數小時內又會開始氧化,因此是一場與時間的競賽。

因此在運用上會設定 Q-time(製程間等待時間上限)。超過 DHF 處理到下一製程容許時間的晶圓會送回重新清洗,等待期間則保管於經 N₂ 吹淨的 FOUP 或倉儲(stocker)中,以減少與氧及水分的接觸。採用將傳送系統置於 N₂ 氣氛的 EFEM,抑制這種再氧化也是很大一部分的目的。

在無法使用液體的微細結構中,會使用 COR(Chemical Oxide Removal)這類乾式清洗。這是以 HF 系氣體與 NH₃ 將氧化膜轉變為固體產物,再加熱使其昇華的方式,具有以Å為單位的可控性,以及不會發生圖形崩塌或水痕的優點。如何應對原生氧化層,是所有要求潔淨界面之製程共通的基礎課題。

原生氧化層(Native Oxide)的常見問題

不去除原生氧化層會怎樣?
會產生接觸電阻上升、介面能態增加、磊晶層晶體缺陷等問題。由於膜質不均勻且常夾帶金屬或有機物,在要求潔淨界面的製程之前,必定會安排 DHF 清洗等預清洗。
什麼是 Q-time 管理?
是對製程間等待時間設定上限的運用方式。DHF 處理後的氫終端表面在大氣中數十分鐘至數小時內會再度氧化,因此會規定到下一製程的容許時間,超時的晶圓送回重新清洗。等待期間則保管於經 N₂ 吹淨的 FOUP 或倉儲中。

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